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In-situ measurement of electric-field screening in hysteresis-free PTAA/FA.83Cs.17Pb(I.83Br.17)3/C60 perovskite solar cells gives an ion mobility of ~3 x 10-7 cm2/Vs; two orders of magnitude faster than reported for metal-oxide-contacted perovskite cells with hysteresis.
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2018-09-06 , DOI: 10.1021/jacs.8b04405 Luca Bertoluzzi 1 , Rebecca A. Belisle 1 , Kevin A. Bush 1 , Rongrong Cheacharoen 1 , Michael D. McGehee 1 , Brian C. O’Regan 2
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2018-09-06 , DOI: 10.1021/jacs.8b04405 Luca Bertoluzzi 1 , Rebecca A. Belisle 1 , Kevin A. Bush 1 , Rongrong Cheacharoen 1 , Michael D. McGehee 1 , Brian C. O’Regan 2
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We apply a series of transient measurements to operational perovskite solar cells of the architecture ITO/PTAA/FA0.83Cs0.17Pb(I0.83Br0.17)3/C60/BCP/Ag, and similar cells with FA0.83MA0.17. The cells show no detectable JV hysteresis. Using photocurrent transients at applied bias we find a ∼1 ms time scale for the electric field screening by mobile ions in these cells. We confirm our interpretation of the transient measurements using a drift-diffusion model. Using Coulometry during field screening relaxation at short circuit, we determine the mobile ion concentration to be ∼1 × 1018/cm3. Using a model with one mobile ion species, the concentration and the screening time require an ion mobility of ∼3 × 10-7 cm2/(V s). As far as we know, this article gives the first direct measurement of the ion mobility and concentration in a fully functional perovskite solar cell. The measured ion mobility is 2 orders of magnitude higher than the highest estimates previously determined using perovskite solar cells and perovskite thin films, and 3 orders of magnitude higher than is frequently used in modeling hysteresis effects. We provide evidence that the fast field screening is due to mobile ions, as opposed to dark injection and trapping of electronic carriers.
中文翻译:
原位测量无滞后 PTAA/FA.83Cs.17Pb(I.83Br.17)3/C60 钙钛矿太阳能电池中的电场屏蔽,离子迁移率约为 3 x 10-7 cm2/Vs;比具有滞后的金属氧化物接触钙钛矿电池报道的速度快两个数量级。
我们将一系列瞬态测量应用于 ITO/PTAA/FA0.83Cs0.17Pb(I0.83Br0.17)3/C60/BCP/Ag 架构的钙钛矿太阳能电池以及具有 FA0.83MA0.17 的类似电池。这些电池没有显示出可检测的 JV 滞后现象。使用施加偏压下的光电流瞬变,我们发现这些细胞中移动离子的电场屏蔽时间尺度约为 1 毫秒。我们使用漂移扩散模型确认我们对瞬态测量的解释。在短路场屏蔽弛豫期间使用库仑法,我们确定移动离子浓度为~1 × 1018/cm3。使用具有一种移动离子种类的模型,浓度和筛选时间需要 ∼3 × 10-7 cm2/(V s) 的离子迁移率。据我们所知,本文首次直接测量全功能钙钛矿太阳能电池中的离子迁移率和浓度。测得的离子迁移率比之前使用钙钛矿太阳能电池和钙钛矿薄膜确定的最高估计值高 2 个数量级,比滞后效应建模中常用的高 3 个数量级。我们提供的证据表明,快速场筛选是由于移动离子,而不是暗注入和电子载流子的俘获。
更新日期:2018-09-06
中文翻译:
原位测量无滞后 PTAA/FA.83Cs.17Pb(I.83Br.17)3/C60 钙钛矿太阳能电池中的电场屏蔽,离子迁移率约为 3 x 10-7 cm2/Vs;比具有滞后的金属氧化物接触钙钛矿电池报道的速度快两个数量级。
我们将一系列瞬态测量应用于 ITO/PTAA/FA0.83Cs0.17Pb(I0.83Br0.17)3/C60/BCP/Ag 架构的钙钛矿太阳能电池以及具有 FA0.83MA0.17 的类似电池。这些电池没有显示出可检测的 JV 滞后现象。使用施加偏压下的光电流瞬变,我们发现这些细胞中移动离子的电场屏蔽时间尺度约为 1 毫秒。我们使用漂移扩散模型确认我们对瞬态测量的解释。在短路场屏蔽弛豫期间使用库仑法,我们确定移动离子浓度为~1 × 1018/cm3。使用具有一种移动离子种类的模型,浓度和筛选时间需要 ∼3 × 10-7 cm2/(V s) 的离子迁移率。据我们所知,本文首次直接测量全功能钙钛矿太阳能电池中的离子迁移率和浓度。测得的离子迁移率比之前使用钙钛矿太阳能电池和钙钛矿薄膜确定的最高估计值高 2 个数量级,比滞后效应建模中常用的高 3 个数量级。我们提供的证据表明,快速场筛选是由于移动离子,而不是暗注入和电子载流子的俘获。